半固定喷灌设计

半固定式喷灌工程设计项目区实施半固定式喷灌面积1000亩，种植作物主要为冬小麦和夏玉米，典型地块选择在***村，水源为深层地下水，单井控制面积在97亩。（1）地块的选择由于管道用量与机井位置、地块形状、控制面积等因素有关，根据这些因素，喷灌地块选择***村，地块控制面积为97亩。地块基本情况见表6.3-36。表6.3-36半固定式喷灌地块基本情况表乡镇村名机井编号动水位埋深（m)井出水量（m3/h)南北长（m）东西宽(m)控制面积（亩）种植作物土壤****404019035797小麦、玉米砂壤土（2）设计参数：喷灌设计保证率不低于90%；喷灌设计喷洒强度≤15mm/h;喷灌的雾化指标，W≥3000~4000；喷灌均匀系数，Cu0.75;灌溉水利用系数，η=0.8。（3）灌溉制度与工作制度①设计灌水定额净灌水定额计算：m=1000γh(β1－β2)式中：m——净灌水定额(mm)；h——计划湿润层深度(m)，取h=0.4m；γ——土壤干容重(g/cm3)，砂壤土取＝1.4g/cm3；β1——土壤适宜含水率上限（%），土壤适宜含水率上限为田间持水量的90%，田间土壤持水量（%），以重量百分率计，取17%，则β1=17%×90%=15.3%；β2——土壤适宜含水率下限（%），土壤适宜含水率的下限为田间持水量的70%；田间土壤持水量（%），以重量百分率计，取17%，则β2=17%×70%=11.9%。经计算净灌水定额为m=1000×1.4×0.4×(15.3%－11.9%)=19.0mm。②灌水周期T设计灌水周期由下式确定：T=m/EP式中：T——设计灌水周期，d；m——设计净灌水定额，mm；EP——作物需水高峰期平均日耗水量，mm/d，考虑项目区种植作物多为冬小麦和夏玉米，综合日耗水量按5mm/d。经计算，设计灌水周期为4天。详细数据见表6.3-37。表6.3-37灌水定额、灌水周期计算表灌溉方式灌溉作物湿润层Ep（mm/d）土壤容重（g/cm3）净灌水定额灌水周期（d）深度（m）（m3/亩）（mm）半固定式喷灌冬小麦0.451.428.5194③单井控制面积计算管道设计流量计算采用下式：式中：Q——机井出水量，40m3/h；A——灌溉面积，亩；Ea——设计耗水强度，取5mm/d；t——水源每日供水时间，15h/d；η——灌溉水利用系数，取0.8。根据以上公式可得，单井控制面积为143.9亩。（4）管道系统布置根据地块形状采用干管、分干管和支管三级管道，支管沿作物种植方向布置，分干管垂直于支管布置，干管垂直于分干管布置，干管、分干管均埋入地下，埋入深度为0.8m，支管为移动管道，铺在地面上。（5）喷头的选择和组合形式①喷头的选择根据种植物为小麦和玉米，土壤为砂壤土等条件，以及各种喷头的特性和适用范围，选择ZY-2喷头，其优点是结构简单，运行可靠，质量稳定，在国内使用较为广泛，工作参数详见表6.3-38。tAEQa667.0表6.3-38喷头性能参数一览表喷头型号喷咀直径（mm）喷头压力（Kpa）流量（m3/h）射程（m）ZY-26.5/3.12503.0918②喷头的喷洒方式和组合形式区灌溉季节无固定风向，平均风速2m/s，按最不利的垂直于风速布置，采用正方形组合形式。设计喷头组合间距根据《喷灌工程技术规范》GB/T50085-2007中4.2.4条规定，内容见表6.3-39。a=b=18×1=18，取a=b=18m。表6.3-39喷头组合间距表设计风速组合间距垂直方向平行方向0.3~1.6（1.1~1.0）R1.3R1.6~3.4（1.0~0.8）R（1.3~1.1）R3.4~5.4（0.8~0.6）R（1.1~1）R（6）喷头的喷洒方式与运行方式针对本灌溉区气象条件及地形情况，选用全圆喷洒方式。该设计根据井的出水量和地块形状及尺寸确定采用多支管多喷头运行方式。（7）校核喷灌强度①雾化指标验算雾化指标W=H/d=250×100/6.5=3846式中：H——工作压力为250Kpa；d——喷嘴直径6.5mm;W=3846，3000＜3846＜4000满足作物对喷头雾化的指标要求。②喷灌强度验算I.砂壤土允许喷灌强度为ρ允许=15mm/h；II.设计喷灌强度ρ=KWCρρs；式中：KW——影响喷灌强度的风系数，多支管多喷头全园喷洒时，取KW=1；Cρ——影响喷灌强度的组合系数，按最不利情况考虑，多支管多喷头同时喷洒时，布置系数为：Cρ=πR2/（ab）=3.14×182/（18×18）=3.14；ρs——为无风情况下，单喷头全园喷洒时的计算强度，单喷头无风条件下全圆喷洒灌溉强度为：ρs=1000×qηp/(πR2)=1000×3.09×0.84/（3.14×182）=2.55mm/h；ρ=KWCρρs=1.0×3.14×2.55=8.01mm/h。III．喷灌强度8.01mm/h小于允许喷灌强度15mm/h，即组合喷灌强度满足土壤允许喷灌强度的要求。（8）喷灌工作制度和运行方案的拟定①喷头在工作点上的喷洒时间设计喷头的组合间距为18×18m，支管上喷头流量q＝3.09m3/h，喷头在工作点上的喷洒时间为：t支=Sm×Sl×m/1000qη=18×18×19/(1000×3.09×0.8)=2.5(h)。②支管每天可喷洒的工作位置数为充分利用每天可能的喷灌时间，也避免在刚喷灌过的湿地上拆装支管，确定配置5套备用移动支管，因此支管的拆装不占用喷洒作业时间。每天的工作时间为15h，所以：n=15÷2.5=6，取n=6，即支管每天可喷洒6个位置。③每次同时喷洒的支管数根据机井出水量，计算同时工作的喷头数nt=Q/q=40/3.09=13（个）又根据工程机井实际控制的地块形状，确定支管上设计喷头数为6或7个，设计同时工作的支管数为2根。④同时工作的喷头数、同时工作的支管、轮灌周期的划分见表6.3-40。表6.3-40半固定式喷灌地块的工作制度表乡镇村名机井编号喷头一个位置上工作时间(t)每天工作小时数(n)喷头每日工作位置数(n)喷头总位置数（个）同时工作喷头数(个)每条支管布置的喷头数（个）同时工作支管数(个)轮灌组数(个)****2.5156312136或7224⑤轮灌组校核轮灌组数目：N≤Tt日/t'式中：N——允许轮灌组最大数目，取整数；T——设计灌水周期；t日——日运行的小时数；t'——单个出水口灌水延续时间。计算得最大轮灌组为24组。轮灌组校核见表6.3-41。表6.3-41半固定式喷灌地块轮灌组数表乡镇村名机井编号日运行的小时数（h）喷头工作时间t（h）允许轮灌组数（组）同时工作的支管个数（个）实际轮灌组数（组）****152.524224（9）设计流量及管径的确定干管，分干管都埋于地下，都采用0.63MPaPVC管材；支管铺设于地面，为增加使用寿命采用铝合金管材。根据轮灌组的划分及管道布置情况，为方便拆卸连接，采用Ф75同一管径。各级管道设计流量及管径见表4-23。①经济管径的确定管网的经济管径由下式计算得出：vqD4式中：D——管段直径，m；q——管段流量，m3/s；v——经济流速，1.3m/s。表6.3-42经济管径计算表地块qvD管径选择**村号井0.0111.3103Ф110管材选择PVC-U管。根据《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》（GB/T10002.1-2006），现有塑料生产厂家生产的标准规格的管材（外径）有Ф110、Ф125、Ф160等系列；由于项目区地形高差不大，管道压力选用0.63Mpa。据计算，选择干管、分干管径为110mm，公称压力0.63Mpa，壁厚2.7mm。半固定式喷灌工程设计流量及管径见表6.3-43。表6.3-43半固定式喷灌工程设计流量及管径表乡镇村名机井流量（m3/h)管径（mm）编号支管分干管干管支管分干管干管****村21.63404075110110校核支管管径，项目区地势平坦，同一条支管上喷头间地形高差为零，最大的水头差是在支管上首末两个喷头之间。即支管的沿程损失小于0.2hp，hp为喷头设计工作压力，取25m。铝合金管管材f=8.61×104，m=1.74，b=4.74，一条支管上喷头数为7个，X=0.5，多口系数F=0.4。hf支=（8.61×104LQ1.74/d4.74）F=0.4×（8.61×104×114×21.631.74/724.74）=3.24m0.2hp=0.2×25=5mhf支=3.245，因此选用管径为75mm，壁厚为1.5mm的铝合金制管满足要求。（10）水力计算干管、分干管均为固定式管道，采用PVC塑料管。支管为移动管道，采用铝合金管。管网水力计算采用的公式：I.PVC硬质塑料管沿程水头损失：hf=9.48×104LQ1.77/d4.77II.泵管、竖管沿程水头损失：hf=6.25×105LQ1.9/d5.1III.铝合金管沿程水头损失:hf=（8.61×104LQ1.74/d4.74）F式中：hf——沿程水头损失，m；L——管长，m；Q——流量，m3/h；d——管道内径，mm；F——多口系数，（，式中：N——喷头或孔口数，X——多孔支管道首孔位置系数，即支管入口至第一个喷头（或孔口）的距离与喷头（或孔口）间距之比，本设计为0.5，m——流量指数，本设计为1.74）F=0.4。以上局部水头损失均按沿程水头损失的0.1倍计算。见水力计算表6.3-44。表6.3-44**村半固定式喷灌工程水力计算表管路名称管材名称壁厚（mm）内径（mm）管长（m）沿程水头损失（m）局部水头损失（m）总水头损失（m）泵管100468.70.879.57干管、分干管Ф110PVC41523555.360.545.90支管Ф75铝合金管1.5721143.240.323.56竖管Ф33镀锌管2291.50.10.010.11合计17.41.7419.14(11)扬程计算及水泵选型水泵扬程为：H=h沿+h局+H井+H竖管+Z+Hp式中：h沿——系统沿程水头损失，m；h局——系统局部水头损失，m；H井——机井动水位埋深，m；2111()11261mNXmNNFNXZ——地面高差，m；H竖管——竖管高度，m；Hp——喷头工作水头，按设计喷头压力的90%计算，m。计算结果见表6.3-45。表6.3-45半固定式地块水泵扬程计算表乡镇村名机井编号总水头损失（m）动水位埋深(m)竖管高度(m)喷头水头（m）设计扬程（m）水泵型号配套功率（kw）****村19.14401.52585.64200QJ40-91/718.5(12)材料用量及投资估算半固定管道式喷灌系统设备材料有首部水泵、泵管及附属设备，地埋干管、支管、喷头、闸阀及其它附件。详见喷灌工程设计材料用量和投资概算表6.3-46。表6.3-46（1）**村1号井半固定式喷灌工程材料投资及概算表序号名称及规格规格型号单位数量单价安装费(元)复价(元)一首部系统340891配套水泵200QJ63-144/12台1165001650181502进排气阀个1505553止回阀块1380384184法兰短管DN100m68085285法兰弯头DN100个3110113636PVC法兰Ф110个1505557首部配件套1100101108软启55KW套1500050055009泵管DN140m100808880010压力表1MPa块110010110二管道工程171865.849PVC管材Ф160（0.63MPa）Ф1600.63MPAm109536.653.66544144.92510铝合金直管Ф75×1.5mmФ75根25219819.854885.611铝合金三通管Ф75×1.5mmФ75×33根126210212910612截阀体Ф75个2710010297013截阀开关Ф75个1811511.5227714喷灌专用弯头出水口DN160×DN80个21801839615喷灌专用三通出水口DN160×DN80个2718018534616双承丁字三通DN75个1850599017PVC三通DN16